光学热膨胀仪
光学热膨胀仪是一种非接触式、基于光学测量原理的精密仪器，用于测量材料在受热或冷却过程中长度或体积的变化，即热膨胀系数和相变行为。
组成部分
1.温控系统：可编程加热炉或温台，温度范围通常从室温至1600°C甚至更高（依型号而定），控温精度可达±0.1°C。
2.光学系统：高分辨率工业相机或激光位移传感器，用于非接触测量。
3.图像处理软件：实时分析样品轮廓变化，自动提取膨胀数据。
4.样品平台：耐高温材料制成，确保样品稳定放置。
5.保护气氛接口：可通入惰性气体（如N?、Ar）或真空环境，防止样品氧化。
核心优势
1.非接触测量：避免探针对软质、易碎或高温下易变形样品（如玻璃、凝胶、聚合物）造成干扰或损坏；
2.适用材料广：可测试脆性材料、粉末压片、薄膜、纤维、多孔材料等；
3.高精度与高分辨率：位移分辨率可达0.1μm甚至更高；
4.可视化监控：可实时观察样品在加热过程中的形变、软化、收缩、翘曲或相变现象；
5.支持复杂升温程序：如恒温、循环升温、快速热冲击等。
工作原理
光学热膨胀仪利用视频图像分析技术或激光干涉技术，实时捕捉样品在程序控温过程中的尺寸变化：
1.将样品置于加热炉或温控台上；
2.通过高分辨率相机或激光系统连续拍摄或扫描样品轮廓；
3.软件自动识别样品边缘或反射点位置，精确计算其长度变化（ΔL）；
4.结合设定的温度程序，绘制“位移-温度”或“膨胀率-温度”曲线；
5.计算线性热膨胀系数
调试方式
一、基础环境与设备检查
1.环境适配：将仪器置于恒温恒湿实验室(建议温度波动≤±0.5℃/小时)，远离振动源(如离心机)和强电磁干扰区域。确保工作台面水平度优于0.1mm/m，必要时使用精密水平仪校正。
2.组件完整性核查：检查激光发射器、光电接收器、样品支架、加热炉体及温控模块是否完好，重点确认光学窗口清洁无划痕，光纤接口无松动。
3.供电与接地：采用独立电源插座，确保设备外壳可靠接地，防止静电积累影响光学信号稳定性。
二、光学系统的精准校准
1.初始光路对齐：开启激光源后，通过观察屏初步调整发射器与接收器的相对位置，使激光束垂直入射至样品表面反射镜中心。使用小孔光阑辅助定位，确保光束路径与样品轴线重合。
2.动态反馈调节：放置标准零膨胀陶瓷片作为参考样品，启动自动跟踪模式。监测软件界面中的光强曲线，微调俯仰/偏航旋钮直至光强达到峰值且波动<1%。
3.多级放大校验：切换不同量程的物镜镜头，验证各档位下的线性响应一致性。特别关注高倍率镜头的景深范围，避免因离焦导致数据跳变。
三、温度控制系统的配置
1.温控程序加载：根据待测材料特性设定升温速率(典型值1-5℃/min)、目标温度范围及保温时间。建议调试采用空载运行，记录炉膛实际温度与设定值的偏差曲线。
2.热均衡验证：在样品腔内置放热电偶，对比显示温度与实测温差。若偏差超过±1℃，需重新标定PID参数或检查加热丝分布均匀性。
3.冷热冲击测试：执行快速升降温循环(如室温→200℃→室温)，观察光学系统在特殊温度下的漂移量，评估热稳定性。
四、样品装载与参数优化
1.样品制备规范：加工试样两端面平行度<0.01mm，表面粗糙度Ra≤0.8μm，并在非测量面粘贴热电偶以实时监控真实温度。
2.接触压力控制：缓慢降下探头至轻触样品状态，通过力传感器显示值维持轻微预紧力(通常0.1-0.3N)，避免过度压迫引入应力变形。
3.基线扣除操作：在未加热阶段采集原始长度数据作为基准，后续测量自动扣除此初始值，消除机械间隙误差。
五、数据采集与异常处理
1.采样频率匹配：根据升温速率调整数据采集间隔(一般每分钟不少于10个有效数据点)，高速扩张阶段可提高至每秒1次。
2.噪声抑制策略：启用硬件滤波功能剔除高频干扰，软件端采用移动平均法平滑曲线。若出现周期性波动，需排查空调送风或照明设备的谐振干扰。
3.故障诊断流程：遇数据异常时，依次检查光路遮挡、温度过冲、样品氧化等问题。典型表现为骤升曲线提示样品熔化粘连，阶梯状下降则为热震裂纹所致。
操作流程
1.制备标准尺寸样品（通常长10–20mm，平整两端）；
2.放入样品台，设置升温程序（如室温→1000°C，5°C/min）；
3.启动相机与加热系统，开始实时采集图像与温度数据；
4.软件自动计算并输出膨胀曲线、CTE值、软化点、相变温度等；
5.测试结束后冷却至安全温度，取出样品并清洁。
操作流程
1.样品表面应尽量平整、有清晰边缘，利于图像识别；
2.避免反光过强或透明样品造成识别困难，必要时可做哑光处理；
3.控制升温速率以确保温度均匀性；
4.在惰性气氛下测试易氧化材料；
5.定期校准光学系统与温度传感器。
应用领域
1.陶瓷与耐火材料
测定烧结过程中的收缩行为，优化烧成工艺。
2.玻璃工业
分析玻璃软化点、退火点及热膨胀匹配性，用于显示玻璃、封装玻璃等开发。
3.金属与合金
研究相变温度、热匹配性，用于焊接、涂层和复合材料设计。
4.半导体与电子封装
测量芯片、基板、封装材料的CTE，防止热应力开裂。
5.锂电池材料
分析正负极材料在充放电模拟加热下的体积变化，评估循环稳定性。
6.增材制造（3D打印）
研究金属或聚合物粉末在加热过程中的变形行为，优化打印参数。
7.科研与标准测试
符合ISO 1170、ASTM E228、GB/T 4339等国际标准。